如果觀看過索契冬奧會的戶外賽事轉播，您可能注意到，滑雪板和滑雪賽場上空盤旋著小巧如蜘蛛般的攝像飛行器。這些無人飛行器用于進行航拍，操控性能極其卓越。它們可以近距離捕捉競技動作，并順暢地進行跟蹤，比安裝在起重機或傳統(tǒng)直升機上的攝像機更為優(yōu)越。

是什么使攝像飛行器如此超凡脫俗呢？ 一個稱為姿態(tài)航向參考系統(tǒng)(AHRS)的復雜動作控制和穩(wěn)定系統(tǒng)，該系統(tǒng)在所有三個軸上安裝了微型機電陀螺儀、加速度計和磁力計（羅盤）。這些微型元件稱為MEMS（微機電系統(tǒng)），構成了小巧輕便的運動跟蹤系統(tǒng)，與以前的產品相比，精度更高、可靠性更好且生產成本更低。

無人駕駛飛行器(UAV)

MEMS AHRS可以裝配在最大有效載重約為5至10 kg的小型直升機上，能夠提供必要的運動跟蹤技術，使得能夠操控飛行器并使其保持在航線上。過去，如果要結合考慮所有必要的控制和穩(wěn)定需求，意味著需要使用高精度的（因而龐大且笨重的）的慣量測量單元(IMU)或昂貴的（也同樣龐大的）光纖陀螺儀(FOG)。無論采用哪種方法，裝置都過于龐大，無法搭載到小型直升機上。MEMS AHRS產品足夠輕便，便于攜帶，同時足夠精確，能夠執(zhí)行必需的測量任務。另外，實時操作要求快速響應，而最新的MEMS AHRS產品延遲不到2 ms，足以進行快速跟蹤。

MEMS AHRS使得這樣的攝像飛行器成為可能

受幾乎不間斷的振動和長時間加速影響，飛行器可能出現(xiàn)暫時性導航故障，最后會偏離航線。最新級別的抗振MEMS陀螺儀具有高帶寬特性并結合使用強大的信號處理算法，能夠抵抗頻率高達200 Hz的振動，從而提高了短期精度。

長時間加速導致很難讀取接近重力的加速度計值。如果不能適當?shù)匮a償這些加速度，那么橫滾值和俯仰值將不準確，飛行器便會開始偏移航線。新的傳感器融合算法可以管理多個傳感器的讀數(shù)，能夠幫助MEMS AHRS檢測加速度并根據(jù)測量的動態(tài)特性進行調整。傳感器融合也可幫助MEMS設備更好地對抗因鋼鐵、永磁體和電流而產生的磁場畸變。高性能的傳感器融合算法可以補償此類磁場畸變，并相應調節(jié)航向估計值。

移動3D測繪

除了攝像飛行器和其它UAV之外，MEMS技術的一個新興應用是移動3D測繪，這涉及到利用移動平臺上搭載的成像器件來繪制三維地圖。通過使用MEMS產品構建內部導航系統(tǒng)(INS)，谷歌街景定制車輛所用的同類測繪技術成本將大幅下降，從而能夠得到推廣應用。例如，可將低成本激光掃描儀或熱感攝像機、可輸出位置和方向且基于MEMS的INS，以及帶控制軟件的膝上型電腦全部集成到一個貨箱內并放在任何家用汽車上。市政機構可以借助該箱子來監(jiān)控公共工程。激光掃描解決方案變得非常輕便，可由飛行器攜帶，因此也可用于航空測繪。國家公園和其它森林地區(qū)的消防隊可使用搭載測繪設備的飛行器來查找火災多發(fā)地點，而無需租用特殊飛機和飛行員來完成該工作。

結論

基于MEMS的產品具有更高的精度、更好的傳感器融合算法、元件微型化以及相對低廉的生產成本，因而成為替代傳統(tǒng)光學和機械導航設備的誘人選擇。攝像飛行器也許是此類基于MEMS的解決方案中最廣為人知的應用，但是其它領域的應用也在迅猛發(fā)展。例如，移動3D測繪、貨船導航系統(tǒng)以及配有風箏的風力驅動船只等等。各種特性的獨特組合，以及較低的總成本，使得這這些尺寸小巧的基于MEMS的系統(tǒng)最有可能成為下一代運動跟蹤系統(tǒng)中的佼佼者。lw